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Kohlenstoff weist durch seine Fähigkeit zur Bindung zu komplexen Molekülen die größte Vielfalt chemischer Verbindungen auf. Das macht dieses Element zur Grundlage allen Lebens auf Erden. In der Modifikation des Kohlenstoffs Graphen haben Forscher nun eine Lösung zur Trinkwasseraufbereitung gefunden: Ein Sieb aus Graphen kann Meerwasser entsalzen.
Ein Sieb wie eine Wabe aus Bienenwachs
Die Kohlenstoffatome ergeben Graphen, wenn sie im Winkel von 120 ° eine zweidimensionale Struktur in Bienenwabenform bilden. Diese Graphen-Wabe soll wie ein Sieb das Wasser von Salz trennen.
Dazu haben Forscher der University of Manchester am eigens gegründeten National Graphene Institute eine Graphen-Oxid-Membran entwickelt, die kleine Nanopartikel, organische Moleküle und sogar größere Salze herausfiltern kann. Mit bisherigen Entsalzungstechniken konnte diese Membran jedoch noch nicht mithalten. Für kleinere Salze sind auch kleinere Siebe erforderlich. Das Problem: Die Membran ist beim Eintauchen ins Wasser angeschwollen. Dadurch fließen die kleinen Salze mit dem Wasser ungefiltert hindurch.
Schwellung vermeiden
Das Forscherteam in Manchester hat die Graphenmembran nun weiter entwickelt und einen Weg gefunden, diese Schwellung durch die Verwendung von Wänden aus Epoxidharz auf beiden Seiten der Membran zu verhindern. Winzige Kapillaren in den Graphen-Oxid-Membranen stoppen das Salz, während das Wasser diffundieren kann. Auch die Porengröße der Membran kann präzise gesteuert werden; die Löcher sind kleiner als Nanometer.
Die Realisierung skalierbarer Membranen mit gleichmäßiger Porengröße bis hin zur atomaren Skala ist ein wichtiger Schritt vorwärts und eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz der Entsalzungstechnik“, sagt Rahul Raveendran Nair, Professor für Materialphysik.
Es kommt auf die Größe an
Jijo Abraham und Dr. Vasu Siddeswara Kalangi waren die gemeinsamen Autoren der Forschungsarbeit: „Die entwickelten Membranen sind nicht nur für die Entsalzung nützlich, sondern auch die Atommaßstabsstabilität der Porengröße eröffnet neue Möglichkeiten, Membranen zu fertigen: Eine Filtration, die in der Lage ist, Ionen nach ihren Größen herauszufiltern“, sagt Abraham.
Damit niemand verdursten muss
14 Prozent der Weltbevölkerung werden bis 2025 mit Trinkwasserknappheit zu kämpfen haben, prognostiziert die UNO. Die Graphen-Memban-Technologie hat das Potenzial, die Wasserfiltration auf der ganzen Welt zu revolutionieren - insbesondere in Entwicklungsländern, die sich keine großflächigen Entsalzungsanlagen leisten können. Die britischen Forscher hoffen, dass Graphen-Oxid-Membransysteme auf kleineren Maßstäben aufgebaut werden können. Dann wäre diese Technologie für Länder zugänglich, die nicht über die Mittel verfügen, um große Entsalzungsanlagen zu finanzieren.
Da der Klimawandel Wasservorräte schrumpfen lässt, investieren auch reiche Länder in Entsalzungstechnologien. Nach den schweren Überschwemmungen in Kalifornien beispielsweise sind auch große Städte zunehmend auf alternative Lösungen zur Wasserversorgung angewiesen.
